เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่: การวิเคราะห์อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการ "คำนวณ" การไหลของของเหลวที่มีความแม่นยำสูง

ในสาขามาตรวิทยาอุตสาหกรรม การวัดการไหลของของเหลวอย่างแม่นยำเป็นหัวใจสำคัญของการควบคุมการผลิต การจัดการพลังงาน และการชำระบัญชีทางการค้า ในบรรดาเทคโนโลยีการวัดการไหลต่างๆ เครื่องวัดการไหลแบบ PD ได้รับการยกย่องว่าเป็น "นักบัญชีความแม่นยำ" ในการวัดของเหลว เนื่องจากหลักการวัดที่ตรงไปตรงมาและเชื่อถือได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงและของเหลวที่มีมูลค่าสูง

บทความที่เกี่ยวข้อง:

• [ ภาพรวมของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ ]

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ (Positive Displacement Flow Meter) คืออะไร?

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ PD หรือที่รู้จักกันในชื่อเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรชนิดหนึ่ง ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่เรียบง่ายและคลาสสิก คือ การแบ่งของเหลวที่วัด (เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง ดีเซล เรซิน เป็นต้น) ออกเป็น "หน่วยย่อย" ที่มีปริมาตรคงที่และทราบค่าอย่างต่อเนื่อง และคำนวณอัตราการไหลรวมโดยการนับจำนวนของหน่วยย่อยเหล่านี้

ลองนึกภาพกระบวนการตักน้ำแบบโบราณ: ใช้ถังขนาดมาตรฐาน เติมน้ำลงไปซ้ำๆ แล้วเทออก โดยการนับจำนวนครั้งที่เติมน้ำลงในถัง จะสามารถกำหนดปริมาตรน้ำทั้งหมดได้อย่างแม่นยำ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ (Positive Displacement Flowmeter) คือการทำให้กระบวนการนี้เป็นไปโดยอัตโนมัติและต่อเนื่อง

หลักการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่คืออะไร?

การแยกส่วน: ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่มีความแม่นยำสูง (เช่น โรเตอร์ ลูกสูบ เฟือง) ภายในห้องวัดของเซ็นเซอร์วัดการไหล จะประกอบกันเป็น "ห้องวัด" ที่มีปริมาตรที่ทราบแล้วหนึ่งห้องหรือมากกว่านั้น โดยมีตัวเรือนเป็นตัวกลาง

การเติมและการระบาย: ของเหลวไหลเข้า ดันชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ให้หมุนหรือเคลื่อนที่ไปมา ทำให้ห้องวัดเติมและระบายของเหลวเป็นระยะๆ

การนับ: การบันทึกจำนวนรอบ (เช่น จำนวนรอบการหมุน จำนวนครั้งที่เคลื่อนที่ไปมา) ของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่โดยใช้วิธีทางกล ทางแม่เหล็ก หรือทางแสง

การคำนวณ: คูณจำนวนครั้งด้วยปริมาตรของห้องวัดแต่ละห้องเพื่อหาอัตราการไหลสะสม หรือ โดยการนับต่อหน่วยเวลา จะได้อัตราการไหลทันที

เนื่องจากเป็นการวัดปริมาตรของไหลโดยตรง ความแม่นยำจึงแทบไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น ความหนืด การกระจายแรงดัน และความเร็วการไหลของของเหลว นี่คือความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างเครื่องวัดอัตราการไหลแบบนี้กับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอื่นๆ เช่น เครื่องวัดแบบกังหัน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน และเครื่องวัดแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ชนิดหลัก

ตามวิธีการสร้างห้องวัดและโครงสร้างของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ เครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรแบ่งออกเป็นประเภทหลักๆ ดังต่อไปนี้:

1. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองวงรี หรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองรูปไข่

โครงสร้าง: ตัวเรือนประกอบด้วยเฟืองรูปวงรีสองตัวที่ขบกันและหมุนสลับกันภายใต้ความแตกต่างของแรงดันของของเหลว

หลักการทำงาน: ห้องวัดรูปทรงพระจันทร์เสี้ยวถูกสร้างขึ้นระหว่างเฟืองและตัวเรือน ในแต่ละรอบการหมุน จะมีการปล่อยของเหลวออกจากห้องวัดทั้งสี่ห้อง

คุณสมบัติ: คลาสสิก ทนทาน แม่นยำสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวที่มีความหนืดปานกลางถึงสูง เช่น ผลิตภัณฑ์น้ำมันและวัตถุดิบทางเคมี ที่ต้องการความสะอาดของของเหลวในระดับที่กำหนด

2. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบรูทส์

โครงสร้าง: โรเตอร์รูปเลข "8" สองตัวที่ไม่มีฟันบนพื้นผิว ยึดด้วยเฟืองซิงโครนัสเพื่อการหมุนแบบไม่สัมผัสและด้วยความเร็วคงที่

หลักการทำงาน: คล้ายกับเฟืองรูปวงรี แต่ล้อตรงกลางไม่สัมผัสโดยตรง ทำให้สึกหรอน้อยลงและทนต่อแรงดันแตกต่างได้สูงกว่า

คุณสมบัติ: ห้องวัดมีปริมาตรใหญ่กว่าและเหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลสูงของของเหลวที่มีความหนืดต่ำ (เช่น ดีเซลและตัวทำละลาย) และก๊าซ

3. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองเกลียว (เครื่องวัดอัตราการไหลแบบสองโรเตอร์)

โครงสร้าง: ดีไซน์ที่เป็นเอกลักษณ์ด้วยโรเตอร์แบบเกลียวหรือแบบอินโวลูตสองตัว

หลักการทำงาน: ใบพัดจะสัมผัสกับพื้นผิวอย่างต่อเนื่องในระหว่างการหมุน ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบราบเรียบและปราศจากการกระตุก คล้ายกับกระบวนการย้อนกลับของปั๊มสกรู

คุณสมบัติ: การทำงานราบรื่นมาก เสียงรบกวนต่ำ การสั่นสะเทือนน้อย อัตราส่วนช่วงกว้างเมื่อเทียบกับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองรูปไข่ และไม่จำเป็นต้องมีท่อตรงด้านต้นน้ำและปลายน้ำ ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับงานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงและความน่าเชื่อถือสูง

4. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบใบมีดขูด

โครงสร้าง: ใบมีดขูดแบบเลื่อนได้ถูกติดตั้งอยู่ในร่องรัศมีของโรเตอร์ ภายใต้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางและแรงดันของของเหลว ใบมีดขูดจะยืดออกและเลื่อนแนบสนิทกับผนังด้านในของห้องวัด

หน้าที่: เครื่องกวาดจะแยกของเหลวออกเป็นช่องอิสระหลายช่อง แล้วดันของเหลวนั้นไปข้างหน้า

คุณสมบัติ: ความแม่นยำสูง การสั่นสะเทือนต่ำ ปรับตัวได้ดี สามารถรับมือกับความหนืดและความสะอาดในช่วงที่กำหนด นิยมใช้ในการวัดที่สำคัญ เช่น น้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินและน้ำมันสำเร็จรูป

5. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบลูกสูบ/แบบเคลื่อนที่ไปมา

โครงสร้าง: การวัดของเหลวทำได้โดยการวัดการเคลื่อนที่แบบไปกลับของลูกสูบภายในกระบอกสูบ

หลักการทำงาน: ของเหลวจะขับเคลื่อนลูกสูบให้เคลื่อนที่ และการสลับเส้นทางการไหลจะถูกควบคุมโดยข้อเหวี่ยง ก้านสูบ หรือกลไกชุดวาล์ว เพื่อให้เกิดการดูดและปล่อยอย่างต่อเนื่อง

คุณลักษณะ: สามารถรักษาความแม่นยำสูงมากแม้ในอัตราการไหลต่ำ และเป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับเครื่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ห้องปฏิบัติการ และการวัดอัตราการไหลขนาดเล็ก แต่โครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน

6. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบลูกสูบหมุน

โครงสร้าง: ลูกสูบหมุนแบบมีร่องจะหมุนแบบเยื้องศูนย์ในห้องวัดรูปทรงพิเศษ

หน้าที่การทำงาน: การแกว่งและการหมุนของลูกสูบจะแยกและระบายของเหลวออกจากกัน

คุณสมบัติ: โครงสร้างกะทัดรัด ราคาประหยัด ใช้งานอย่างแพร่หลายในมิเตอร์น้ำสำหรับครัวเรือน งานอุตสาหกรรมขนาดเล็ก และการวัดปริมาณน้ำและของเหลวที่มีความหนืดต่ำ

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่

ข้อดี:

ความแม่นยำในการวัดสูงมาก: เป็นหนึ่งในเครื่องวัดอัตราการไหลที่แม่นยำที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน และมักใช้เป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับการชำระบัญชีทางการค้าและการส่งผ่านมาตรฐาน ความแม่นยำสูงสุดสามารถสูงถึง ± 0.2% หรือสูงกว่านั้น

การวัดค่าไม่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลว: ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงความหนืด เครื่องวัดเดียวกันสามารถปรับใช้กับของเหลวที่มีความหนืดหลากหลายช่วง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์น้ำมันหรือของเหลวที่มีความหนืดสูง เช่น น้ำผึ้ง น้ำมันดิบ และ ยางมะตอย )

ไม่จำเป็นต้องมีท่อตรงด้านหน้าและด้านหลัง: หลักการวัดไม่ขึ้นอยู่กับการกระจายความเร็วการไหลที่พัฒนาเต็มที่ และต้องการพื้นที่ติดตั้งน้อย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีพื้นที่จำกัด

ช่วงการวัดกว้าง: อัตราส่วนช่วงการวัดทั่วไปสามารถสูงถึง 10:1 และรุ่นประสิทธิภาพสูงจะมีช่วงการวัดที่กว้างกว่า เช่น 20:1 ซึ่งสามารถวัดอัตราการไหลทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ได้อย่างแม่นยำ

การวัดปริมาตรโดยตรง: สามารถวัดปริมาตรทั้งหมดได้อย่างแม่นยำโดยไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์วัดความดันหรืออุณหภูมิเพิ่มเติมเพื่อชดเชยความหนาแน่น และระบบมีโครงสร้างที่เรียบง่าย

ข้อเสีย:

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ PD มีความไวต่อความสะอาดของตัวกลาง : อนุภาคของแข็งและสิ่งเจือปนอาจติดอยู่หรือทำให้ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่มีความแม่นยำสึกหรอ ส่งผลให้เกิดการทำงานผิดพลาดหรือความแม่นยำลดลง ดังนั้นโปรดระลึกไว้เสมอว่า ควรวัดเฉพาะของเหลวที่สะอาดและบริสุทธิ์ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องติดตั้งตัวกรองไว้ด้านหน้าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบ PD หรือคุณสามารถเลือกใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Coriolis ได้หากหลีกเลี่ยงอนุภาคไม่ได้

การสูญเสียแรงดันอย่างมาก: เนื่องจากของเหลวต้องเอาชนะแรงต้านของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ จึงเกิดการสูญเสียแรงดันอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความหนืด

เซ็นเซอร์วัดการไหลมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่: โครงสร้างทางกลมีความซับซ้อน มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่อยู่ภายใน และมีการสึกหรอทางกลที่ต้องได้รับการบำรุงรักษา การปรับเทียบ และการหล่อลื่นอย่างสม่ำเสมอ (แบบหล่อลื่นในตัวหรือแบบหล่อลื่นภายนอก)

ไม่เหมาะสำหรับท่อขนาดใหญ่: โครงสร้างและการสูญเสียแรงดันจำกัดการใช้งานในท่อขนาดใหญ่ (โดยทั่วไปใหญ่กว่า DN300 หรือ 12 นิ้ว )

อาจเกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน: โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเฟืองหรือโรเตอร์ขบกัน อาจเกิดการสั่นและเสียงรบกวนในระบบได้

การใช้งานทั่วไปของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่

ด้วยข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ เครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรจึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมี

การส่งมอบธุรกรรม: การซื้อขายและชำระเงินอย่างแม่นยำสำหรับสื่อที่มีราคาสูง เช่น น้ำมันดิบ น้ำมันกลั่น (น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล) และก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) เป็นต้น ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองรูปไข่ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบไบโรเตอร์ และเครื่องวัดอัตราการไหลแบบใบมีดขูด

การควบคุมกระบวนการ: การผสมและการบรรจุ/ขนส่งผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดสูง เช่น น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันหล่อขึ้น รูป จาระบี น้ำมันเชื้อเพลิง แอสฟัลต์ เป็นต้น

บทความที่เกี่ยวข้อง:

• [ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฟืองรูปไข่ สำหรับวัดอัตราการไหลของน้ำมันดีเซล ]
• [ เครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำมันดิบ ]
• [ เครื่องวัดอัตราการไหลของเชื้อเพลิง ]
• [ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่สำหรับเชื้อเพลิงและน้ำมัน ]

2. อุตสาหกรรมเคมีและเภสัชกรรม

สารที่มีความหนืดสูง: การวัดปริมาณและการบรรจุเรซิน โพลิเมอร์ สารเคลือบ ไซเลม ตัวทำละลาย สาร สกัด น้ำเชื่อม ฯลฯ ในปริมาณมาก

สารที่มีความบริสุทธิ์สูง/มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง: เครื่องวัดอัตราการไหลที่ทำจากวัสดุพิเศษ เช่น สแตนเลส ถูกนำมาใช้ในการวัดวัตถุดิบทางเคมี

3. อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม

การวัดด้านสุขอนามัย: การวัดปริมาณส่วนผสมในการบรรจุและการผลิตอาหาร เช่น ช็อกโกแลต แยม น้ำมันพืช ผลิตภัณฑ์นม เบียร์ เครื่องดื่ม ฯลฯ R

สินค้าที่เกี่ยวข้อง:

• [ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ที่ถูกสุขอนามัย ]

4. ประเด็นสำคัญอื่นๆ

การบินและอวกาศ: การเติมเชื้อเพลิงและการทดสอบเชื้อเพลิงอากาศยานอย่างแม่นยำ

เรือ: การจัดการการเติมเชื้อเพลิงและการใช้เชื้อเพลิงทางทะเล

ห้องปฏิบัติการ: ใช้เป็นโต๊ะมาตรฐานหรือสำหรับการทดลองวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่มีอัตราการไหลต่ำและความแม่นยำสูง

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรคงที่ ราคาต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์

ราคาของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบ PD นั้นได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย รวมถึงวัสดุ (เช่น เหล็กหล่อ อลูมิเนียม เหล็กหล่อ หรือสแตนเลส) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ PD ขนาด 1 นิ้วและ 8 นิ้วมีราคาแตกต่างกัน) และระดับแรงดัน (แรงดันมาตรฐาน 16 บาร์ หากต้องการแรงดันสูงกว่า 580 psi ราคาจะสูงขึ้น) ความแตกต่างของราคานั้นมีนัยสำคัญภายใต้การกำหนดค่าและสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน Silverinstruments.com ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านเครื่องวัดอัตราการไหลคุณภาพสูง นำเสนอตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับลูกค้าที่มีงบประมาณจำกัดแต่มีความต้องการที่ชัดเจน โดยนำเสนอเครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรบางรุ่นที่มีราคาต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ในขณะที่ยังคงรับประกันประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้

บทสรุป

เครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรเป็นเทคโนโลยีการวัดที่พัฒนามาอย่างยาวนานและเป็นที่ยอมรับ ยังคงมีบทบาทสำคัญในด้านการวัดอัตราการไหลที่ต้องการความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูง แม้จะมีข้อจำกัดบางประการ เช่น ความต้องการความสะอาดของตัวกลางที่สูง และการมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ แต่ก็ยังคงเป็นโซลูชันที่ขาดไม่ได้ในสถานการณ์เฉพาะ เช่น การจัดการของเหลวที่มีความหนืดสูง การชำระบัญชีทางการค้า และพื้นที่ติดตั้งที่จำกัด ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรสมัยใหม่จึงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในด้านความทนทานต่อการสึกหรอ การวินิจฉัยตนเอง การแปลงเป็นดิจิทัล และความสามารถในการสื่อสาร ทำให้มั่นใจได้ว่า "เครื่องมือวัดความแม่นยำของของเหลว" นี้จะยังคงมีบทบาทสำคัญที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการอัจฉริยะทางอุตสาหกรรมในอนาคต